IBM WebSphere Application Server 确诊和调试

IBM WebSphere Application Server 诊断和调试

近段时间，我们项目中用到的WebSphere 应用服务器(WAS) ，但在客户的production 环境下极不稳定，经常宕机。给客户造成非常不好的影响，同时，也给项目组很大 压力。为此，我们花了近一个月时间对其诊断，现在基本上稳定了，需要继续观察一段时间。现在我主要将工作做一个阶段性的总结。
我们的产品环境是：WAS6.0 ＋DB2 8.1 ＋AIX5.3＋RS/6000 。在该产品环境下，出现的问题非常多，现象如下：
WAS经常不稳定、宕 机几乎一天一次，经常报告OutOfMemory ( 内存泄漏吗？NO)。
DB2 连接数过大，有时把DB2 撑死，有时也把AIX 撑死。
AIX虚拟内存报错、分页报错 、IO 也报错、还有很多其它莫名奇妙的错。

总是，每次问题发生的现象和理论上的总是不一致，导致我们不知道从何入手，也无从检测自己的优化参数。咨询过多次IBM 技术支持，只解决了某些局部问题。
虽然问题依然存在，但我想，解决问题的思路、特别是理论基础，还是有一些规律和原则。

对于WAS 这块，我近段时间的主要时间集中在以下几个方面( 时间顺序) ：
1 、Java 性能监测工具：Jprofiler ，也用到Jprobe 。后来发现Jprofiler 在AIX 下几乎不可用。
2 、IBM Java 虚拟机和WAS 技术细节，特别是IBM JVM的GC 原理，我发现它和sun 、bea 的差别很大。
3 、IBM 的heap 分析器Heap Analyzer、GCCollector 。这两个事后监测工具非常实用，特别是我们的产品运行环境，非测试环境。
4、某些Application 的怀疑和诊断。
5 、AIX 诊断，我几乎没有这个能力，只能常规监测一下，需另请高人。

我打算将本文分成以下几个部分总结：
JVM 原理、IBM JVM 的GC 策略和调优。
Jprofiler 和IBM 工具的实际体会
WAS的诊断体会和AIX 调优

下面开始主题吧，可能比较零碎，另外，开始的理论篇基本上看书都可以，我只是总结一下，再添加一些自己的理解。

以下是我参考的最重要的两本电子书和一些网站：
《Inside Java Vrtual Machine 》: 半部分有约四章我认为非常 棒，其它章节可能意义不大。
《The Java Virtual Machine Specification, 2nd 》：前半部分有两三章很不错，不过可以对照上一本书看。
sun 的hotspot 虚拟机技术：http://java.sun.com/javase/technologies/hotspot/
BEA 的JRockit 虚拟机技术：http://edocs.bea.com/jrockit/geninfo/genintro/index.html JVM技术文档入口，虚拟机理论，内存泄漏诊断等的索引页。
IBM诊断资料：http://www-128.ibm.com/developerworks/java/jdk/diagnosis/ 上面有一个500 多页的pdf 文档，对IBM JVM技术和诊断讲解很深入。

我不得不提的是，在查资料这块，BEA 和Sun 都有很好的官方文档和论坛支持，并且官方文档导航非常好。虽然IBM 的诊断资料也不少，但需要搜索，其搜索是很痛苦的。而且，IBM 官方论坛很差。如果用IBM的产品出问题，切记：找IBM 技术支持，千万不要蒙着头搞！反正它们的产品很少免费。说实话，它们的技术支持还是挺负责的，一般会为你推荐很多support资料，而该资料往往都在developerworks 网站上，属于support那个频道，但你就是搜不着。

Java 虚拟机规范概要
研究Java 虚拟机，首先要了解Sun 的Java 虚拟机规范。现在，该实现版本很多，如比较有名的Sun、IBM 、BEA 、Apple、HP 、MS 、Apache Harmony。它们都实现了JVM 规范，但有各自扩展。譬如，针对IBM虚拟机的堆碎片导致OutOfMemory （OOM），在Sun 的虚拟机上就不会发生。Sun 的JVM有maxPermSize 的概念，IBM就没有，如果你设置这个参数，虚拟机根本就启动不了。
比较有意思的是，学Java ，就一定要了解各种规范，这和MS 的风格很不一样。Sun总是在定义一些规范，实现都留给各厂商。我们除了理解规范本身外，一定要理解规范和实现之间的关系，譬如JDBC规范和JDBC 驱动的关系，它们是怎么组合到一起的。要是你用过php 的xml 解析库，或db函数，就会体会深刻，它们可没有什么规范可言，所以每个数据库厂商的db 函数用法都不一样。我推荐大家研读一下HSQLDB的jdbc 和Tomcat的servlet 相关实现，因为我认为它们还是比较好懂的。
JVM规范只是定义一个虚拟机该做什么，但它并没有要求你该怎么做。例如我们最常见的Servlet 规范，在该规范中，有HttpServletRequest 、HttpServletResponse ，HttpSession 等接口，但它们的实现都留给了各个容器厂商。遗憾的是，规范留下的空白，会把我们这些开发人员给整惨了：容器间移植有时候就是恶梦。譬如J2EE 并没有SSO 规范，但它很重要，我以前专门针对它做过WebSphere AppServer 和Weblogic AppServer 的SSO 项目，差别还是不小，不过还是有点共通，那就是都遵循JAAS规范。

JVM 的结构
从功能上分，Java 虚拟机主要由六个部分组成，可以分成三类：
第一类：JVM API ：就是我们最常用的Java API ，它是开发人员和Java交互的入口，它主要是JAVA_HOME/jre /lib 下的运行时类库rt.jar 和编译相关的tools.jar

第二类：JVM 内部组件
类装载器 (ClassLoader ) ：将Byte Array 的 .class 文件装载、链接和初始化。
内存管理 (Memory Managent ) ：为对象分配内存，以及释放内存。后者就是垃圾回收Garbage Collector（GC ）。由于JVM最复杂的、最影响性能的就是GC ，所以内存管理一般就指垃圾回收。
诊断接口 (Diagostics Interface) ：这主要体现在JVMTI(jdk1.4 下的JVMPI 和JVMDI)，它主要用来诊断程序的问题和性能，一般提供给工具 厂商实现。如eclispe IDE 下的debug功能，Jprofiler 性能调优工具。
类解释器 (Interpreter) ：解释装载进虚拟机的class对象，包括JIT 等特性相关。

第三类：平台相关接口(Platform Interface) ：主要为了跨操作系统平台重用JVM 代码，不过，它和我们开发人员关系不大。

在以上六个组件中，我们开发人员最关心的是ClassLoader 和GC ，用Java 做系统框架、容器和它们密切相关。做业务系统时一些基础代码也和它们打交道，譬如最常用的Class.forName (),Thread.currentThread.getContextClassLoader ()。我们仔细想想，为什么是上面两个问题？因为，它和我们class的整个生命周期最为相关：怎么将一个class 和相关class加载进来，class 实例什么时候创建，什么时候被销毁？
所以，下面的部分我们要专门讨论这些问题。

ClassLoader
JVM主要有三类ClassLoader ：Bootstrap 、Extention 、Application ，该三类ClassLoader 从上到下是分级(hierarchy) 结构，遵循代理模型(Delegation Model)。
Tip ：大家可以看看sun.misc.Launcher 的源码，Bootstrap和Extention 就在该文件里。该src 可以在sun 的网站上下载该压缩包，约60M (jdk-1_5_0-src-scsl.zip)，它不在jdk 自带的那个src.zip 里。

Bootstrap ClassLoader ：也称为primordial(root) class loader 。主要是负责装载jre /lib 下的jar文件，当然，你也可以通过-Xbootclasspath 参数定义。该ClassLoader 不能被Java 代码实例化，因为它是JVM本身的一部分。

Extention ClassLoader ：该ClassLoader 是Bootstrap classLoader 的子class loader。它主要负责加载jre /lib/ext/下的所有jar 文件。只要jar包放置这个位置，就会被虚拟机加载。一个常见的、类似的问题是，你将mysql 的低版本驱动不小心放置在这儿，但你的Web 应用程序的lib下有一个新的jdbc 驱动，但怎么都报错，譬如不支持JDBC2.0的DataSource ，这时你就要当心你的新jdbc 可能并没有被加载。这就是ClassLoader 的delegate 现象。常见的有log4j、common-log 、dbcp 会出现问题，因为它们很容易被人塞到这个ext 目录，或是Tomcat下的common/lib 目录。

Application ClassLoader ：也称为System ClassLoaer 。它负责加载CLASSPATH环境变量下的classes 。缺省情况下，它是用户创建的任何ClassLoader 的父ClassLoader ，我们创建的standalone 应用的main class缺省情况下也是由它加载( 通过Thread.currentThread ().getContextClassLoader ()查看)。
我们实际开发中，用ClassLoader 更多时候是用其加载classpath 下的资源，特别是配置文件，如ClassLoader.getResource ()，比FileInputStream 直接。

ClassLoader 是一种分级(hierarchy ) 的代理(delegation )模型。
Delegation ：其实是Parent Delegation ，当需要加载一个class时，当前线程的ClassLoader 首先会将请求代理到其父classLoader ，递归向上，如果该class已经被父classLoader 加载，那么直接拿来用，譬如典型的ArrayList ，它最终由BootstrapClassLoader 加载。并且，每个ClassLoader 只有一个父ClassLoader 。
Class查找的位置和顺序依次是：Cache 、parent 、self。
Hierarchy ：上面的delegation 已经暗示了一种分级结构，同时它也说明：一个ClassLoader 只能看到被它自己加载的classes，或是看到其父(parent) ClassLoader 或祖先(ancestor) ClassLoader 加载的Classes。
在一个单虚拟机环境下，标识一个类有两个因素：class 的全路径名、该类的ClassLoader 。

我碰到的一个典型的例子是：在做WAS 的SSO 开发时，由于我们的类是由WAS 在启动时加载，该ClassLoader 比下面的部署的Applicaton 的ClassLoader 的级别高。所以，在我们自己的类中没法用到应用程序的连接池，必须自建。
代理模型是Java 安全模型的保证。譬如，我们自己写一个String.java ，并且编译、package 到自己的java.lang 包下。按照代理模型，当前线程的ClassLoader 会将其代理到父ClassLoader ，父ClassLoader ( 最终会是Bootstrap)会找到rt.jar 下的String.class ，也就是说我们的String.class 不会捣乱。

自定义ClassLoader
我们前面说过，自定义ClassLoader 的缺省父ClassLoader 是Application ClassLoader 。一般的应用开发用不到它，但我们最好理解。因为在内存泄漏查找、应用程序部署出问题时，很多都和它有关。
譬如，内存泄漏是怎么产生的？这就涉及到ClassLoader 和Class的生命周期。我曾经碰到这样一个问题：我们的程序用到了Webwork 和Spring 框架，当部署到Tomcat 下时没有任何问题，但部署到WAS下，报告找不到Webwork 的xml的DTD 文件，而且Spring 的日志也总是失效。Why？因为解析xml dtd 时，用的是IBM的Xerces ，不是我们的。而Spring日志问题是因为应用程序用的是WAS 的Common-log.jar ，而不是我们的。将应用的ClassLoader 从默认的Parent-First ，改成Parent-Last就可以解决，不过我们项目中用到其它库，又发生了其它问题。

一般来说，用到自定义ClassLoader 有三种情况：
1 、应用框架可以自己控制Classes 的目录，并且自动部署。
我读过Jive 公司的Wildfire( 著名的即时通讯服务器)，它自己有一套应用框架，非常灵活，遵循该框架插件规范的的 第三方的plug-in放置在指定目录可以自动部署，实现某些扩展功能，如文件传输、语音聊天。
2 、区分用户代码
这被广泛应用在Servlet 容器和类似容器，譬如EJB Container设计中，大家看到Tomcat 下有common、server 、share 三个目录吧(ClassLoader 顺序从左到有) ，另外也有用户应用的WEB-INF目录，它是我们自己开发的。
3 、允许Classes 卸载
如果没有自定义的ClassLoader ，那么我们自己应用中的classes永远都不能被卸载，因为这些类被Application ClassLoader 加载后cache 起来了，我们的classes一直对该ClassLoader 有引用，而该系统级的ClassLoader 永远都不会被卸载，除非JVM shutdown了。JSP 和Servlet 的动态部署就用到这个特性。

Note: 还有JVM 运行时(Runtime) 架构，ClassLoader 加载class 过程没有总结，这两部分我觉得太重要了，但内容太多，写不完啊。

??? 这部分内容，《Inside Java Virtual Machine 》讲解非常清楚，BEA的官方网站这部分也非常不错，要理解深刻，我建议结合JProfiler 工具，非常直观。

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续写这篇文章，已经过去一个半月了。直到现在，系统一直运行平稳。
先说说我接手这项工作的经历吧：该项目大部分是06 年10 月就部署在客户那边了，到07年3 月份，WAS 宕机问题实在无法忍受，我才加入进来，前半年有另外一位同事断断续续处理，但对问题一直都无可奈何，而且项目负责人也没有引起足够的重视。可想而知，最后付出的代价是非常惨重的。在这近半年的时间内，服务器宕机63次。每次宕机时，WAS 的JVM 会dump出一个heapdump.phd 文件(heap快照) ，然后JVM 就死掉了，当然，此时WAS也停止了响应。一般我们的做法是重启，最后是干脆AIX 每天晚上定时重启。有时候一天还死多次。大家见附件的截图（all-GC.png）。这是我接手后，用IBM 的分析工具得到的截图。对截图的分析，留给后面对应的部分吧。
服务器不稳定、宕机问题，拖延到最后，客户愤怒了，公司高层也害怕了，部门还专门成立了八人攻关组。当然了，我当时的压力也非常大，因为我是技术负责人，也就是实实在在干活、想主意的。
服务器诊断那段时间，从前到后，我们也是沿着一条线走下来，虽然最后发现很多路都走不通。现在就按这个思路，也就是时间先后一步步叙述吧。我想，大家如果也碰到类似应用服务器诊断，应该思路差不多。

术语说明：
IBM Websphere Application Server ：WAS ，WebSphere本身是一个平台，产品家族
OutOfMemoryError ：OOM ，内存泄漏，内存溢出
Gabage Collection ：GC ，自动垃圾回收
Content Management System ：CMS ，就是给新闻类门户网站编辑们用的系统

我们诊断大体上经历了以下几个阶段：
1 、按Job 调度线程池引起内存泄漏诊断：因为很多次OOM 是发生在某个特定时候，譬如14：30 、22 ：40左右。
2 、按应用程序引起内存泄漏诊断：用JProfiler 等工具探测：因为总是发生OOM。
3 、分离WAS 怀疑有OOM 的应用：因为每个WAS应用太多，20 来个，混一起没法定位。
4、用IBM 官方heap 、GC分析工具。以及和IBM 技术支持联系。WAS 、AIX参数优化。
5 、隔离出WAS 超级恶魔程序：一个CMS 产品。
6、WAS 、AIX 参数优化、设置。

我们走到第5 步时，才出现效果。计算一下，那时已经过去一个月了。服务器宕机、系统不稳定，在这个验收的时候，客户已经忍无可忍，以致后来的每一次行动都得胆战心惊得去做。

一、按Job 调度线程池导致内存泄漏诊断
因为从我们WAS 的日志( 默认是native_stderr.log) 来看，最近半年的宕机时间都有一个明显时间规律。见附件截图Job1-1.png。
我想，做过Java 服务器性能调优的朋友，都知道在Web 容器里面启线程池是个不太好的做法，因为Web容器本身有一个线程池，譬如Servlet 线程池（Tomcat默认起25 个），而自启的线程池很容易导致Servlet线程管理混乱，最终导致GC 问题。我们的现象似乎和那很符合。如果我们沿着这个思路做下去，具体怎样实施呢？

我们的WAS 上部署了20 个左右的Web 应用，譬如Lucene全文检索、B2B 行业数据同步等，都是通过Quartz的Job 调度做的，当然还有很多其它调度。当时，由我负责，通知相关负责人，将定时调度暂时去掉。观察了几天，后来发现问题依然存在，不过时间有点随机了。
不过，最后还是发现OOM 不是由Job 调度引起的。
也就是说，我们这个方案是失败的。而且，我们的很多想法都是臆测的，没有可靠的根据，也没有方向，再加上我是第一次处理这种问题，这导致后来查找问题的艰难。但是，仔细想想，我们又能拿什么做依据呢？出现OOM错误，我想大多数人想到的，除了JVM 参数设置，就是内存泄漏。其实，OOM发生有很多种情况，在IBM 、Sun 、BEA等不同虚拟机上，因为GC 机制不一样，所以原因一般都不同，容易定位难度也不一样。下文会谈到。
于是，我们干脆釜底抽薪分析问题吧：用JProfiler 检测。

二、按应用程序导致内存泄漏诊断，JProfiler 检测
如果遇到OOM 问题，我想大家都会想到内存检测工具，现在最可靠的还是下面三种分析工具：Borland 的Optimizeit Suite ，Quest的JProbe ，ej-technologies 的JProfiler。但面临三个问题：
1 、三个都是商业产品，公司暂时没有买，必须自己下载，而且要找序列号。
2 、工具必须支持AIX5.3 ＋JDK1.42 ＋WAS6.0，不是Windows 平台。
3 、工具必须在客户真实环境下部署，对客户的业务不能有冲击，也就是说部署测试工具前，必须做个大量测试，对工具非常熟练，遇到意外可以立即恢复现场。
Note:项目上线后，而不是测试或试运行阶段遇到此类问题，非常考验人；另外一个，就是性能和可伸缩性问题，很可能把整个项目给毁了。

当我决定要这么做后，就立即动手查阅这些工具的官方文档，用emule 下载，最终都下载到了。试用后，最终选择了JProfiler4.03 ，比起其它工具，它界面美观、清晰、功能强大、集成度高(Heap,Memory,CPU,Thread都统一了) 。另外，JProbe没有AIX 版本，这也是放弃它的一个原因。

JVM 的Profiler 原理，都是通过JVM 内置的的标准C 语言Profiler 接口收集数据，然后通过Profiler 工具的客户端展现。也就是说各厂商的Profiler工具，都有两个部分，一个部分是Profiler Agent ，和JVM绑定，负责收集JVM 内部数据，譬如方法调用次数、耗费时间等；另外一个部分就是Profiler front-end。通过Profiler 工具的自定义local或remote 协议传输到front-end ，其实，我们最常用的JavaIDE的debug 功能就是在此基础上的（JPDA）。（JProfiler 的截图http://www.ej-technologies.com/products/jprofiler/screenshots.html ）。
下面是Sun 官方文档：
JDK1.42 及以前是JVM PI ：http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/guide/jvmpi/jvmpi.html
JDK1.5 是JVM TI ：http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/guide/jvmti/jvmti.html
具体到JProfiler 的配置上，专门针对JDK1.4 和1.5的JVM 配置差别很大。

我用的JProfiler 是4.31 版本，透露给大家一个万能序列号吧(这东西不太好找) ，对各版本应该都支持。深入了解Java，这类工具是不可少的：
Name: License for You
Lincese Code: A-G667#42616F-10kg1r134fq9m#2217

为了保证真实环境的检测成功，我做了大量的试验，譬如：
1 、Windows 系列的本地、远程测试。
2 、AIX 的远程测试。
3 、Tomcat5.0 、WebLogic8.14 、WebSphere6.02，以及上述两种方式的组合测试，排列组合，场景不下10 个。
当时也参阅了大量JVM 文档，JProfiler 官方几百页英文文档，辅助的JProbe对照。而且也制造过内存泄漏造成的OOM 场景。
当然，要是在几个月前，在客户那边部署的测试环境时，就进行测试该多好啊。

在公司内部，我用JProfiler 测试了我们当时部署的几个应用，没有发现内存泄漏，所以，我们最怀疑的是就是CMS系统。因为出问题的那个WAS 上它占去了90％的负荷（我们有多台AIX 、WAS 服务器）。该CMS超级庞大，感觉著名的赛迪网就用它，当时该CMS 厂商给我们部署都花了快一个月。所以再重新部署一套测试环境也挺困难。另外，CMS提供商不给lisence 。现在测试，客户早就对我们恼火了，当然不怎么配合，这对我们工作的开展就有很大的挑战。

在大致可以确定万无一失的情况下，我们最终决定在客户的真实环境下测试。也就是让JProfiler 的agent 端直接在WAS 的JVM里面启动（北京IDC ），然后远程（大连）监控。
本来该模式在另外几个应用的测试都通过了（因为北京IDC 那边好几台AIX服务器）。但一部署上，客户的一些编辑用CMS 时就感觉超级慢，尽管我们用了JProfiler的最小负载模式。半个小时后，客户实在无法忍受，打电话过来，又把我们部长和经理训了一顿，还要写书面报告。我们被迫马山中止测试，恢复现场。

虽然JProfiler 也支持客户那边的环境，但还是有bug ，至少负载一高就有严重的性能问题，几乎导致系统挂起，这是我当时没有料到的。JProfiler一启动，WAS 的启动时间就由原来的3分钟降到10 分钟，而且系统响应明显变慢，我们具体的环境如下（排列组合恐怕不下20种）：
1 、AIX5.3 ，Power PC64 位（不是32位）
2 、WebSphere6.0
3 、IBM JVM1.42
4 、Remote 模式

我后来仔细读了一下JProfiler 的changeLog ，发现对上面的环境支持不够也很正常，因为官方在最近的4.3.x版本下陆续有对IBM JVM 和Websphere6.0 的features和bug fix ：http://www.ej-technologies.com/download/jprofiler/changelog.html

进行到这一步，我忽然觉得无计可施了 ，此时已经过了三周。
上面的策略，我认为是很正统的处理方法。谁怪我们当初项目上线时没有进行充分的测试呢？其实，这类测试没做也正常，OOM 这类问题谁都无法预测。

到这个时候，我想肯定有人会问我？你知道导致JVM 的OOM 有几种情况吗？在当时，我想到了以下五种：
1、JVM 的heap 最小、最大值没有设，或不合理。
2、JVM 的maxPermSize 没有设置（这个IBM的JVM 没有，一设置JVM 就起不来）。
对于Sun 和BEA 的JVM，以上两种参数设置，可以排除90 ％以上的非程序内存溢出导致的OOM。
3 、程序内存泄漏
4 、有的JVM ，当在80% 的CPU时间内，不能GC 出2% 的heap时，也发生OOM （IBM 的JVM就是，但我没有验证）
5 、JVM 本身内存泄漏（JVM 有bug不是不可能）

现在的难题是，如果是那个可怕的CMS 程序本身有内存溢出，在产品环境下，我们怎么去验证？我们自己开发的10 来个web应用，测试并不是很难，在公司测试都可以。但是，我现在最想解决的，就是CMS 测试的问题。而且，在我们那种环境下，该CMS产品供应商并没有透露成功案例。

其实，最后发现，并不是内存泄漏造成的，因为我们的heap 走势都很平稳。纳闷的是，有1000M 的heap ，每次在heap只被占用400 来M 时就发生OOM，没有任何预兆。大家猜猜，会是什么原因 ？这个问题我到后面相关章节再说吧。

既然我们所有的矛头都指向那个可怕的CMS 系统，现在就是考虑隔离的问题。如果我们验证这个问题是CMS 造成的，那么大部分责任就应该由CMS厂商承担 。
既然CMS 我们不敢移（费劲，而且客户在正式用），那我就移我们开发的10来个web 系统吧。

三、移出除CMS 系统以外的所有应用
说起来容易啊，做呢？ 隔离（移动）工作由我负责，具体涉及到10 来个相关负责人。
转移工作，必须处理好很多问题，就说几个印象最深的吧：
1 、某些应用，如Blog 和BBS ，都涉及到文件、图片上传目录和产品本身的环境，如 JDBC连接池、Cache 位置。
2 、目标服务器本身的环境，WAS 安装环境、网络等。
3 、移植时的先后顺序、调度，各应用内部本身的约束关系。
4 、移植后的测试。
当然，还有一个最严峻的问题，客户允许我们这么做吗？对它们目前运行的系统有多大影响？风险如何评估？

这个工作持续了一天，已经完成了80 ％的工作，到第二天，客户又恼火了：WAS 又宕机了。
为什么？这确实是WAS 的一个bug ：WAS的后台随便一操作，heap 就会突然上升几百M，导致JVM 内存不够。不过WAS 撑住的话，过半小时后就会降下来，我估计是WAS后台对用户操作状态、文件都缓存到Session 里面。你们可以检查类似这样的一个文件夹：d:\IBM\WebSphere\AppServer\profiles\AppSrv01\wstemp，我不知道为什么WAS不主动去清除它，它偷偷的就上升到几个G ，系统硬盘可能不久就后就会空间不足，WAS莫名迟缓、最后死掉。听过WAS6.0 以前这个目录更夸张。大家见我附件的截图WAS_Console.png那个尖峰。

咋办？经理也已经不敢让我们继续铤而走险了。这个方案最终又以失败告终 。

不过，最后我们还是发现问题出在CMS 上。我们以前把这个问题向CMS 技术支持反映，有大量依据和现象，并且把相关日志都给它们。过了两天，他们最后竟然只回了一句话“从给我的两个日志来看，没有找到任何与XXX 有关的东西....”。TMD ！我真的很生气 ，它们的产品都折磨我们半年之久了。不过，看他们对IBM 的WAS 和JVM也不懂，我也就不想再说什么了。下面是我的邮件，公司机密部分都隐去了：

引用

附件是我们这段时间服务器宕机的日志。我们用IBM PatternModeling and Analysis Tool for Java Garbage Collector Version 1.3.2 分析了一下虚拟机日志，没有发现是内存泄漏导致；用IBM HeapAnalyzer Version 1.4.4 分析heap 文件，也没有发现很可疑的内存泄漏。
我想以前你们也这样做过，现在我们分析错误日志，发现有一个现象，在宕机时，总是找不到文件，我看就是Websphere 或是AIX IO资源不够，不知道是什么导致的。但是，我们自己的应用，基本上没有什么IO ，除了一次load几个配置文件。不过，我觉得你们WCM 的IO操作挺多的，不知道你对日志有什么新的发现。
客观的说，这几个月来，宕机那台服务器，除了你们的XXX ，就以论坛和blog为主，而且他们都是开源的。在频繁宕机的06 年11月份，我们的论坛和blog 还没有上线。现在我们不得不每天晚上11点定时重启，但这也不是长久之计。
现在，我们进行分离遇到很大阻力，原来想把你们的XXX 单独分离出来，在当前的环境下，不是很现实，如安装、测试（负载、定时服务），所以现在分离我们自己的应用，但当前在产品环境下，客户方阻力也很大。
希望尽快能够得到你们的问题建议和方案。

文中说到了IBM 的两个分析工具，这也是我们后来的救星：我们就是需要这种离线分析 工具，因为实时检测 已经证明不现实。但我始终对该分析出来的结果抱怀疑态度，直到我去深入IBM的JVM 以及和IBM 的技术支持交流......

柳暗花明啊 ，至少看到了一点希望，不过最后我们还是失望而返。

四、用IBM 的HeapAnalyzer 和GarbageCollector 检测

找到这两个工具，已经是够费劲了，因为以前找的IBM HeapRoot 工具，让我对这类工具很失望。而且，这两个工具，只有在IBM 的Techinical Support网站能够搜索到，但很不容易，因为那两个工具，并不是象IBM 的Websphere产品那样宣传，它只在IBM Techinical Support 文章的某些角落里出现。要知道，Techinical Support是IBM 很重要的收入来源，这类文档，他们并不会让你很轻易就拿到，比起BEA WLS的支持网站dev2dev 差远了。
具体诊断细节我就不详述了。我认为，IBM 的WAS 或JVM出了性能和OOM 问题，这两个工具是最有效的，而且是离线分析工具，比起那些实时Profiler工具，某些场合有绝对的优势：譬如我们目前的产品环境，你只能分析宕机后的日志，实时分析前面已经验证是不可行的。
从日志分析，我们最终得出结论，我们购买的CMS 系统有严重的碎片（大对象）问题，而该问题是OOM的罪魁祸首，而且IBM 工程师也得出了同一结论。不过，在起先我们得出这一结论一周后，我还始终不相信heap碎片会导致OOM ，直到IBM 工程师总是向我强调。

我想很多人也是不太相信，因为大多数人用的都是Sun 的JVM ，譬如Windows 、Solaris上的hotspot 。而且，SunJVM 出问题，如果是配置的问题，一般通过配置heap 最大最小值，以及maxPermSize都可以解决。Heap 碎片导致的OOM，只有BEA 的JRockit 和IBM JVM上发生，不过JRockit 有专门文档说明，而且很容易找到（就在jdk的文档里面）。

配置heap 最小最大值 ，我想大多数人都有经验。对于Sun 的JVM 来说，一般可以设置heap 最大最小值一致，也是推荐的做法。因为它的GC策略默认是复制、分代算法。也就是说，它会将heap 分成不同的几个区，譬如Solaris JVM中最上面有两个大小相等的区。GC 时刻，将一个区的存活对象复制到另外一个对等区，垃圾对象就算遗弃了。这样在heap里面，就不存在碎片问题。另外，根据Java 对象的存活期不同，将之转移到不同的区（Tenured区），存活最长的在最底部（火车算法），这也就是分代模型。具体请参考官方文档：http://java.sun.com/docs/hotspot/gc1.4.2/

对于maxPermSize （Permanent Generation ）， 主要和那些加载到JVM 里面的JavaClass 对象相关，它的空间不是在Java Heap 里面分配。如果你当前的heap有1000M ，permSize是200M ，那么JVM 至少占用1200M 。
在这个空间内的对象的生存期和JVM 是一样的，譬如JDK 的核心类库，它们被System Classloader加载到JVM 的Method Area（方法区）后，就不会被GC 掉的，这些对象一般是Class对象，而不是普通的实例对象，也就是JVM 的元数据。我们在用反射时经常用到它们。所以，对于现在象Spring、Hibernate 这些框架经常通过反射创建实例，可能对maxPermSize要求就大了，缺省的64M 很多时候是不够的，特别是对于应用服务器里的应用，象JSP 就会产生和加载很多classes。不过，如果是它导致的OOM ，一般会有类似 perm size提示。

但是，对于IBM 的JVM ，情况就完全不一样。它的默认GC策略并没有采取复制、分代。这个可以从GC 日志分析出来。它不像Sun的JVM 那样，有个单独的方法区，它的方法区就放在Java Heap里面。JVM 规范里面并没有要求方法区的必须存放的位置，因为它只是一个JVM实现问题。

在IBM 的JVM 里面，这些对象一般分配在称为k-cluster和p-cluster 里（cluster又是属于Heap ），而后者一般是临时在heap里面申请。并且，这些cluster 是不能GC，或是被移动重排的（Compact 过程）。这就导致Java Heap里面就如同马蜂窝，但不同的蜂孔又不能合并，于是，当我们程序里面产生一个大对象，譬如2M 的数组(数组必须分配在连续的内存区) 时，就没有可分配空间了，于是就报告OOM。这些不能被移动的cluster 就称为所谓的碎片。此时，JVM的Heap 利用率可能不到50% 。
当然，通过一定时期的GC 日志，可以计算出cluster 的合理大小（专门在Java Heap的底部），另外，还可以为这些大对象专门分配大对象区的（超过64k 的对象）。

通过上面的理论介绍，我想大家一定知道了为什么IBM 的JVM 里面不推荐heap 的最大最小值相同，因为这样碎片问题会非常严重：如果我们每次大对象申请内存时，heap都扩展5% ，譬如50M ，碎片问题很大程度上可以避开，程序性能也高些（寻找可用空隙和分配耗时，以及每次GC时间拉长）。
以上的具体阐述，请参考我在上文推荐的几个URL ，另外再推荐三个宝贵的链接：
http://www-1.ibm.com/support/docview.wss?rs=180&context=SSEQTP&q1=fragmentation&uid=swg21176363&loc=en_US&cs=utf-8&lang=en
http://www-900.ibm.com/cn/support/viewdoc/detail?DocId=2447476A10000 （IBM 技术支持告诉我的，太重要了！）
http://www-900.ibm.com/cn/support/viewdoc/detail?DocId=2847476B08000

我想大家应该会问：我怎么能够肯定我的OOM 问题是heap 碎片造成的呢？下面的方法可以验证。
在OOM 发生时，JVM 会产生一个heapdump文件。然后用GarbageCollector 分析出该OOM发生时刻，JVM 去申请的空间，譬如约235k。此时，你再用HeapAnalyzer 去分析此时的heap快照里面的gap size 大小（空隙大小）和各自的可用数目。你会发现，大于235k的空隙个数为0 。这就是碎片导致OOM 的证据。

另外，有人会问：我怀疑我的OOM 是因为程序内存泄漏造成的，怎么去验证？

你可以用HeapAnalyzer 分析发生OOM 时刻的heap快照，工具会罗列出哪些对象怀疑有内存泄漏，譬如Cache 对象都非常大（但你可以确定它不是内存泄漏）。另外，分析这次宕机（从这次虚拟机启动到宕机这段时间）的heap走势，如果曲线明显是向上倾斜，也就是那种典型的内存泄漏图，就有可能是内存泄漏。当然，还必须结合heap快照。
内存持续上升在JVM 开始一段时间很正常，因为JVM 对第一次访问到的Class 对象，譬如一个典型的Web 应用，就有jdk的class 、Spring 或Hibernate的class 对象，它们都会被缓存下来(ClassLoader原理) ，一般均不会被GC。当大多数class 对象缓存差不多（当然还可能有一些Singleton对象，不过不怎么占分量），JVM 的Heap就平稳了，呈一水平波浪或锯齿线。
如果可以用JProfiler 这类工具实时监控，就更容易确诊了。

经过一番周折，我们终于看到了一线希望了 。

在一定的准备后，我们决定对WAS 进行性能调优了。WAS 的调优参数，可以分为两个部分：JVM级别和WAS 级别：
JVM ：主要是GC 和Heap 。
WAS：Thread Pool ，JDBC DataSource 。
当然要调节，你需要明白你的目标是什么，调节依据是什么，怎么计算，绝对不是凭空想象的，譬如heap 最小值1024M ，日志证明，该参数非常不适合我们的环境。具体细节，留给后文吧。

战战兢兢地，中午12:00 ，我们给产品环境下的WAS 调节参数、重启，同时优化了AIX的IO 相关参数。

我试着设置了一下JVM 的k-cluster 和p-cluster 。下午15:00左右，WAS 挂了，AIX 也挂了。这下麻烦可大了。我们都慌了，马山客户的老总就来电话了，一阵哗哗啦啦。实在无奈，让客户那边工作人员通知机房（服务器托管处）工作人员重启AIX。我也不得不强行更改刚才的参数，立即设为另外一个值。
其实，我把那个两个cluster 值确实设置太大了，我把它们设置为推荐值的5倍，譬如p-cluster 是65k×110%×5 。另外一个愚蠢的设置就是把最小heap设置为2048M (AIX有4G 内存)。
后来我恢复到约正常的值，也就是去掉那个cluster 的5 ，另外分配了一个30%的大对象区（如果1000M 的heap ，就是700M ＋300M ）。

就这样，系统持续正常运行了三天，以前可是一天一down 。当在三天后再次宕机时，我们都没有自信了 。不得不通过AIX 的cron ，继续每天深夜11点的WAS 定时重启。
不过，那次宕机，包括以后的几次宕机，再也没有出现OOM 错误了 ，但系统依然不稳定。虽然我可以说OOM问题解决了，但领导和客户需要的并不是这种结果。

其实，在这个时候，我们已经发现我们系统的四大问题：
1 、WAS 和JVM 参数：OOM问题
2 、AIX 的IO 和Paging Spacing不足：AIX 日志后来显示错误
3、AIX 的WAS 分区空间不够：WAS的日志膨胀一周就把那个opt 分区塞满了。
4、应用程序的JDBC 连接池：我们20 来个应用，一个20 connections，DB2 数据库有时被撑死。

也就是说，我们最初在客户那儿部署时，用的默认值根本不行。而且，部署涉及多人，人员之间出现断层。如果我们只是按OOM ，无疑是走入死胡同，必须全局考虑！
但是，项目组实力薄弱，公司范围内就没有对AIX 精通的。不过项目组原来有一个搞银行系统，在AIX下开发，就他熟悉些。我当时对AIX 也比较陌生，你们从Linux转到AIX ，你就知道它有多别扭了。命令都自定一套（也许因为是Unix元老吧），那个shell 也超级别扭，而且参考书特少。不是自诩，我两年前负责一个高负载的Linux服务器管理一年多，也是玩得很转的。

就这样，他负责AIX 的相关问题，我负责WAS 相关的。
但是，现实环境，已经不允许我们再试验下去了 。我们必须找到一条绝对可靠的对策！
这就是下文的CMS 系统大迁移，服务器再次优化。

五、隔离CMS 系统，服务器优化
从前面的介绍，大家应该记得，我们开始是固定CMS ，分离其它应用，但遭遇失败。现在是反过来，干脆把CMS 系统赶出WAS 平台 。

说实话，项目经理做这个决定，我认为已经是鼓出很大勇气了 。

当时我们想在一个备用AIX 机上安装CMS 产品测试，但最后还是没有做成：
CMS 这类文章发布系统很难安装，也不好测试，又没有liscence ，而且还有一堆准备工作。绝对没有著名的openCMS安装那么简单，当然功能远远比它复杂。而且，我们当时也低估了后来的工作，总觉得问题好解决。

在很遥远的06 年中期，CMS 厂商在客户那边一台AIX 的Tomcat 上部署了一套CMS产品。但当时客户执意要求将其跑在WAS 上，也就是现在的情况。最开始，客户还要求我们必须用WAS的集群( 我们买的就是WAS 的ND版) ，无奈该CMS 不支持。要是集群，又是死伤一遍。其实，现在想想，我们当时太被动，CMS这种东西，就供公司的几十个编辑用，一个普通Tomcat 就完全够用。而且，把它和面向公网的Internet应用混在一起，完全没有必要。也许，被动是因为我的实力造成的。

我们决定背水一战时，已经做过周密的计划：某年某月某日晚上8:00......
CMS 产品负责人现场切换
xx （我）负责WAS 相关参数调整
yy 负责AIX 参数。
zz 负责应用的测试
…..

总之，该行动涉及到客户方、产品提供商、公司高层、项目组。每个人都密切关注，不下20 人。每个人都守在电脑前，随时听候调遣，当天晚上，我们都没有准备回家睡觉，大家齐心协力。

真没想到，整个式切换工作，一个小时就顺利完成 ！第二天，客户编辑打开浏览器，她们一定想不到昨晚大家准备经历一场厮杀….

系统持续平稳地运行了一周，然后是漫长的五一，我回湖北黄冈老家休息了八天。回来时，一切依旧。